Potencial d'acció

Impuls nerviós neuronal correccional pel canvi de potencial trasmembrana.

A. Vista esquemàtica d'un potencial d'acció ideal, mostrant les seues distintes fases. B. Registre real d'un potencial d'acció, normalment deformat, comparat en l'esquema per les tècniques electrofisiológicas utilisades en la medició.

Un potencial d'acció és una ona de descàrrega elèctrica que viaja a lo llarc de la membrana celular modificant la seua distribució de càrrega elèctrica.^[1] Els potencials d'acció s'utilisen en el cos per a dur informació entre uns teixits i uns atres, lo que fa que siguen una característica microscòpica essencial per a la vida. Poden generar-se per diversos tipos de cèlules corporals, pero les més actives en el seu us són les cèlules del sistema nerviós per a enviar mensages entre cèlules nervioses (sinapsis) o des de cèlules nervioses a atres teixits corporals, com el múscul o les glándulas.

Moltes plantes també generen potencials d'acció que viagen a través del floema per a coordinar la seua activitat. La principal diferència entre els potencials d'acció d'animals i plantes és que les plantes utilisen fluix de potassi i calcio mentres que els animals utilisen potassi i sodi.

Els potencials d'acció són el camí fonamental de transmissió de còdics neurales. Les seues propietats poden frenar el tamany de cossos en desenroll i permetre el control i coordinació centralisats d'òrguens i teixits.

Consideracions generals

Sempre hi ha una diferència de potencial o un potencial de membrana entre la part interna i la part externa de la membrana celular (per lo general, de 70 mV). La càrrega d'una membrana celular activa es manté en valors negatius (l'interior respecte a l'exterior) i varia dins d'uns estrets màrgens. Quan el potencial de membrana d'una cèlula excitable es despolariza més allà d'un cert llindar (de –65 mV a –55 mV app) la cèlula genera (o dispara) un potencial d'acció. És important aclarir que tant l'interior com l'exterior celular es mantenen electroneutros, és dir, no hi ha una diferència de càrrega neta entre l'interior de la cèlula i l'exterior. La diferència de potencial de membrana es deu a la distribució diferencial d'ionés (majoritàriament, clor i sodi en l'exterior celular, i potassi i aniones orgànics en l'interior).

Concentracions iòniques trasmembrana d'una cèlula mamífera^[2]
Tipo	Ion	Concentració externa (mm)	Concentració interna (mm)
Catiónica	Sodi (Na⁺)	145	5-15
	Potassi (K⁺)	5	140
	Magnesi (Mg²⁺)	1-2	0,5
	Calcio (Ca²⁺)	1-2	0,0001
	Hidrogen (H⁺)	0,00004	0,00007
Aniónica	Clor (Cl^-)	110	5-15

Molt bàsicament, un potencial d'acció és un canvi molt ràpit en la polaritat de la membrana de negatiu a positiu i regrés a negatiu, en un cicle que dura uns milisegons. Cada cicle comprén una fase ascendent, una fase descendent i per últim fase hiperpolarizada. En les cèlules especialisades del cor, com les cèlules del marcapasos coronario, la fase replanell de voltage intermig pot aparéixer abans de la fase descendent.

Els potencials d'acció es medixen en tècniques de registre d'electrofisiologia (i més recentment, en neurochips de MOSFET). Un osciloscopi que registre el potencial de membrana d'un punt concret d'un axón mostra cada etapa del potencial d'acció, ascendent, descendent i refractaria, a mida que l'ona passa. Estes fases juntes formen un arc sinusoidal deformat. La seua amplitut depén d'on ha alcançat el potencial d'acció al punt de mida i el temps transcorregut.

El potencial d'acció no es manté en un punt de la membrana plasmática, sino que viaja a lo llarc de la membrana. Pot desplaçar-se a lo llarc d'un axón a molta distància, per eixemple transportant senyals des del cervell fins a l'extrem de la mèdula espinal. En animals grans com les girafes o les ballenes la distància pot ser de varis metros.

La velocitat, freqüència i simplicitat dels potencials d'acció varia segons el tipo celular i inclús entre cèlules del mateix tipo. Aixina i tot, els canvis de voltage tendixen a tindre la mateixa amplitut entre elles. En una mateixa cèlula, varis potencials d'acció consecutius són pràcticament indistinguibles. La "causa" del potencial d'acció és l'intercanvi de ions a través de la membrana celular. Primer, un estímul obri els canals de sodi. Ya que hi ha alguns ions de sodi en l'exterior, i l'interior de la neurona és negatiu con relación a l'exterior, els ions de sodi entren ràpidament a la neurona. El sodi té una càrrega positiva, aixina que la neurona es torna més positiva i escomença a despolarizarse. Els canals de potassi es demoren una miqueta més en obrir-se; una volta oberts el potassi ix ràpidament de la cèlula, revertint la despolarizaació. Més o menys en este moment, els canals de sodi escomencen a tancar-se, conseguint que el potencial d'acció torne a –70 mV (repolarizaació). En realitat el potencial d'acció va més allà de –70 mV (hiperpolarizaació), degut a que els canals de potassi es queden oberts una miqueta més. Gradualment les concentracions de ions retornen als nivells de repòs i la cèlula torna a –70 mV.

Mecanisme subjacent

Archiu:Cell membrane drawing-es.svg

La membrana celular hidrofòbica impedix que les molècules carregades difonguen a través d'ella, mantenint una diferència de potencial.

Potencial de membrana en repòs

Quan la cèlula no està estimulada per corrents despolarizantes supraumbrales, es diu que es troba en un potencial de membrana en repòs.

La membrana celular està composta majoritàriament per una bicapa de fosfolípits altament hidrofòbica, que impedix el pas lliure de partícules carregades com els ions. Per la qual cosa esta bicapa de fosfolipidos es comporta com un condensador, separant càrregues (donades pels ions en dissolució) a una distància d'aproximadament 4 nm. Açò permet la mantenció del potencial de membrana a lo llarc del temps. El potencial de membrana es deu a la distribució diferencial de ions entre l'interior i l'exterior celular. Este potencial de membrana és mantingut a lo llarc del temps pel transport actiu de ions per part de bombes, tals com la bomba sodi-potassi i la bomba de calcio. Estes proteïnes usen l'energia de hidrólisis d'ATP per a transportar ions en contra del seu gradient electroquímic, mantenint aixina els gradient de concentracions iòniques que definixen el potencial de membrana.

Fases del potencial d'acció

Les variacions del potencial de membrana durant el potencial d'acció són resultat de canvis en la permeabilitat de la membrana celular a ionés específics (en concret, sodi i potassi) i per tant canvis en les concentracions iòniques en els compartimento intracelular i extracelular. Estes relacions estan matemàticament definides per l'equació de Goldman, Hodgkin i Katz (GHK).

E_{m, K_{x} N a_{1 - x} C l} = \frac{R T}{F} \ln (\frac{P_{N a^{+}} [N a^{+}]_{o u t} + P_{K^{+}} [K^{+}]_{o u t} + P_{C l^{-}} [C l^{-}]_{i n}}{P_{N a^{+}} [N a^{+}]_{i n} + P_{K^{+}} [K^{+}]_{i n} + P_{C l^{-}} [C l^{-}]_{o u t}})

Els canvis en la permeabilitat de la membrana i l'establiment i cessació de corrents iòniques durant el potencial d'acció reflectixen l'obertura i tancament dels canals iònics que formen zones de pas a través de membrana per als ions. Les proteïnas que regulen el pas de ions a través de la membrana responen als canvis de potencial de membrana.

En un model simplificat del potencial d'acció, el potencial de repòs d'una part de la membrana es manté en el canal de potassi. La fase ascendent o de despolarización del potencial d'acció s'inicia quan el canal de sodi depenent de potencial s'obri, fent que la permeabilitat del sodi supere àmpliament a la del potassi. El potencial de membrana va cap a I_Na. En algunes cèlules, com les cèlules del marcapasos coronario, la fase ascendent es genera per concentració de calcio més que de sodi.

Despuix d'un curt interval, el canal de potassi depenent de voltage (retardado) s'obri, i el canal de sodi es tanca gradualment. Com a conseqüència, el potencial de membrana torna a l'estat de repòs, mostrat en el potencial d'acció com una fase descendent.

Degut a que hi ha més canals de potassi oberts que canal de sodi (els canals de potassi de membrana i canals de potassi depenents de voltage estan oberts, i el canal de sodi està tancat), la permeabilitat al potassi és ara molt major que abans de l'inici de la fase ascendent, quan solament els canals de potassi de membrana estaven oberts. El potencial de membrana s'acosta a I_K més de lo que estava en repòs, fent que el potencial estiga en fase refractaria. El canal de potassi retardado dependent de voltage es tanca per la hiperpolarizaació, i la cèlula retorna al seu potencial de repòs.^[3]

Vore també

Referències

↑ Berg, Jeremy Mark; Stryer, {{{nom2}}}; Tymoczko, {{{nom3}}} (2007). Bioquímica (en és), Reverte. ISBN 9788429176001.
↑ Alberts, Bruce. Biologia Molecular de la Cèlula, p. 542.
↑ Purves D., et al (2001). «Chapter 4. Channels and Transporters: «Ion Channels Underlying Action Potentials.»», [1], Segona edició, Sinauer Associates.

Bibliografia

Fonts generals

Bear, M. F., Connors, B. W., Paradiso, M.A: Neurociencia: explorant el cervell. Barcelona: Masson, 2002. ISBN 84-458-1259-9
Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M.: Principis de neurociencia. Madrit: McGraw-Hill, 2001, 4.ª ed. ISBN 84-486-0311-7
Purves D., et al: Chapter 4. Channels and Transports: «Ion Channels Underlying Action Potentials.» En Neuroscience. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, 2001. Segona ed. Disponible en llínea]

Fonts primàries

Clay, J. R. «Axonal excitability revisited.» Prog Biophys Mol Biol. 2005 May;88(1):59-90. PMID 15561301
Hodgkin, A. L. i A. F. Huxley. «Currents carried by sodium and potassium ions through the membrane of the giant axon of Loligo.» J Physiol. 1952 Apr;116(4):449-72. PMID 14946713

Hodgkin, A. L. i A. F. Huxley. «The components of membrane conductance in the giant axon of Loligo.» J Physiol. 1952 Apr;116(4):473-96. PMID 14946714
Hodgkin, A. L. i A. F. Huxley. «The dual effect of membrane potential on sodium conductance in the giant axon of Loligo.» J Physiol. 1952 Apr;116(4):497-506. PMID 14946715
Hodgkin, A. L. i A. F. Huxley. «A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve.» J Physiol. 1952 Aug;117(4):500-44. PMID 12991237

Este artícul conté una traducció derivada de «Potencial de acción» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Berg, Jeremy Mark; Stryer, {{{nom2}}}; Tymoczko, {{{nom3}}} (2007). Bioquímica (en és), Reverte. ISBN 9788429176001.

[2] Alberts, Bruce. Biologia Molecular de la Cèlula, p. 542.

[3] Purves D., et al (2001). «Chapter 4. Channels and Transporters: «Ion Channels Underlying Action Potentials.»», [1], Segona edició, Sinauer Associates.

[1]

[2]

[3]